2012年5月,参与拍摄女性励志剧《娘要嫁人》,饰演才华横溢、富有情调的文艺青年戴世亮;9月,主演年代戏《乱世书香》,饰演温和儒雅,心地善良徐书成。2013年3月29日,参演的喜剧电影《厨子戏子痞子》在全国上映;4月,在张涵予、刘烨、黄渤主演的电视剧《火线三兄弟》中饰演手段狠辣的特高课课长高木,该剧自4月27日登陆北京电视台影视频道后,单集最高收视逼近七个点,平均收视率接近六个点,获得北京地区同时段收视冠军。2014年3月,主演的都市情感喜剧《一仆二主》在东方、深圳、山东、陕西四大卫视首播,剧中张鲁一饰演极品博士男齐建军。2014年10月四大卫视联播的《红色》则让张鲁一尝到了走红的滋味,扮演低调、内敛、谦卑的隐形男徐天,看似文弱,实际身怀绝技却藏身弄堂大隐于市,颠覆以往抗日主旋律电视剧主角匪气形象。而同时开播的《谈判冤家》中,张鲁一转身成为了海归总裁,带给人不同以往的感觉。